[論文レビュー] Computational comparison of a novel cavity absorber for parabolic trough solar concentrators

Khaled Mohamad, P. Ferrer|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2019

Solar Thermal and Photovoltaic Systems参考文献 7被引用数 7

ひとこと要約

本論文では、太陽光と熱放射の両方を再吸収して反射することで、熱放射損失を低減するための新規なミラー加工を施したキャビティ吸収器を、パラボリックトレイス型太陽集光器に提案する。計算シミュレーションを用いて、著者らは、従来の吸収器と比較して、より高い熱媒体温度を達成できることを示している。これは、熱的効率を顕著に向上させることを意味する。

ABSTRACT

Parabolic trough mirror plants are a popular design for the conversion of solar energy to electricity via thermal processes. The absorber of concentrated solar radiation can reach high temperatures (> 500 degrees Celsius) and is responsible for efficiency losses mainly via thermal radiation. We build on our previous work on hot mirrors to study an absorber with a mirrored cavity. The cavity absorber for the parabolic trough receiver is designed to trap solar and thermal radiations by reflecting them back onto the absorber very efficiently, which would otherwise be lost. This paper shows simulation results indicating that the proposed design can exceed the heat transfer fluid temperature compared to existing alternatives. Using a theoretical model we developed, we can infer the temperature profile for the receiver unit, from which efficiency parameters can be derived.

研究の動機と目的

• パラボリックトレイス型太陽受光器における熱放射損失を是正し、全体のシステム効率を向上させること。
• 放射が逃げ出すのを防ぐために、内側にミラー加工を施した新規なキャビティ吸収器を設計・評価すること。
• 計算モデルを用いて、キャビティ吸収器と従来の設計との間で熱的性能を比較すること。
• 熱媒体温度およびシステム効率の向上の程度を定量的に評価すること。

提案手法

• 受光ユニット全体の温度分布を予測するための理論的熱的モデルの構築。
• 熱伝達および放射の挙動を分析するため、計算流体力学（CFD）と放射移動シミュレーションの活用。
• 放射線の捕らえ込みを向上させるために、パラボリックトレイス型受光器に統合されたミラー加工キャビティ構造の設計。
• キャビティ内での太陽放射および熱放射の反射をシミュレーションし、損失を最小限に抑える。
• キャビティ吸収器と標準的な吸収器構成との間で、熱的性能指標を比較。
• シミュレートされた温度分布から効率パラメータを導出することで、システム性能を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミラー加工キャビティ吸収器の設計は、パラボリックトレイス型太陽受光器における熱放射損失を効果的に低減できるか？
• RQ2 同一の太陽放射フラックス条件下で、キャビティ吸収器の温度分布は従来の吸収器と比べてどのように異なるか？
• RQ3 キャビティ設計は、熱媒体温度の上昇をどの程度実現できるか？
• RQ4 キャビティ吸収器は、既存の設計と比較して、予測される熱的効率の向上はどの程度か？

主な発見

• キャビティ吸収器の設計により、放射が逃げ出すのを防ぎ、吸収面に再反射することで、熱放射損失が顕著に低減される。
• シミュレーション結果から、キャビティ吸収器は従来の吸収器設計よりも高い熱媒体温度を達成できることを示している。
• 理論的モデルは、受光ユニット全体の温度分布を正確に予測でき、信頼性の高い効率計算が可能である。
• 強化された放射線捕らえ込みにより、提案された設計は、より高い熱的効率を実現する可能性を示している。